MRAM的读取写入操作
高密度mram具有非常低的功率，高的读取速度，非常高的数据保留能力和耐久性，适用于广泛的应用。单元面积仅为0.0456平方微米，读取速度为10ns，读取功率为0.8ma/mhz/b，在低功耗待机模式（lpsb）下，其在25c时的泄漏电流小于55ma，相当于每比特的漏电流仅为1.7e-12a。对于32mb数据，它具有100k个循环的耐久性，而对于1mb的数据可以》1m个循环。它在260°c的ir回流下具有90秒的数据保留能力，在150°c的条件下可保存数据10年以上。
mram读取操作
为了从lpsm快速，低能耗唤醒以实现高速读取访问，它采用了细粒度的电源门控电路（每128行一个），分两步进行唤醒（如图1所示）。电源开关由两个开关组成，一个开关用于芯片电源vdd，另一个开关用于从低压差（ldo，lowdrop-out）稳压器提供vreg的稳定电压。首先打开vdd开关以对wl驱动器的电源线进行预充电，然后打开vreg开关以将电平提升至目标电平，从而实现《100ns的快速唤醒，同时将来自vregldo的瞬态电流降至最低。
图1.具有两步唤醒功能的细粒度电源门控电路（每128行一个）。
mram写入操作
低阻态rp和高阻态rap的mram写入操作需要如图2所示的双向写入操作。要将rap状态写到rp需要将bl偏置到vpp，wl到vreg_w0，sl到0以写入0状态。要写入1状态，将rap变成rp需要反方向的电流，其中bl为0，sl为vpp，wl为vreg_w1。
图2.平行低电阻状态rp和高电阻反平行状态rap的双向写入
为了在260°c的ir回流焊中达到90秒的保留数据时长，需要具有高能垒eb的mtj。这就需要将mtj开关电流增加到可靠写入所需的数百ma。写入电压经过温度补偿，电荷泵为选定的单元产生一个正电压，为未选定的字线产生一个负电压，以抑制高温下的位线漏电。写电压系统如图3所示。
图3显示了电荷泵对wl和bl/sl的过驱动以及温度补偿的写偏置
在较宽的温度范围内工作时，需要对写入电压进行温度补偿。图4显示了从-40度到125度的写入电压shmoo图，其中f/p表示在-40度时失败，而在125度时通过。
图4.显示写入期间温度补偿的要求。
具有标准jtag接口的bist模块可实现自修复和自调节，以简化测试流程。实现图5中所示的双纠错ecc（dececc）的存储控制器tmc。
图5.bist和控制器，用于在测试和实施dececc期间进行自修复和自调节。
tmc实施了智能写操作算法，该算法实现了偏置设置和验证/重试时间，以实现较高的写入耐久性（》1m循环）。它包含写前读（用于确定需要写哪些位）和动态分组写入（用于提高写吞吐量），带写校验的多脉冲写入操作以及优化写电压以实现高耐久性。该算法如图6所示。
图6.智能写操作算法，显示动态组写和带写验证的多脉冲写。
mram数据可靠性
在基于自旋的stt-mram的许多应用中，磁场干扰是一个潜在的问题。该解决方案是在封装上沉积0.3mm厚的磁屏蔽层，如图6所示，实验表明在移动设备的商用无线充电器的磁场强度为3500oe的情况下，暴露100小时的误码率可以从》1e6ppm降低到〜1ppm。另外在650oe的磁场下，在125°c下的数据保存时间超过10年。
图7.对3500oe磁场的灵敏度降低了1e6倍。
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低阻态rp和高阻态rap的mram写入操作需要如图2所示的双向写入操作。要将rap状态写到rp需要将bl偏置到vpp，wl到vreg_w0，sl到0以写入0状态。要写入1状态，将rap变成rp需要反方向的电流，其中bl为0，sl为vpp，wl为vreg_w1。
图2.平行低电阻状态rp和高电阻反平行状态rap的双向写入
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图3显示了电荷泵对wl和bl/sl的过驱动以及温度补偿的写偏置
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图4.显示写入期间温度补偿的要求。
具有标准jtag接口的bist模块可实现自修复和自调节，以简化测试流程。实现图5中所示的双纠错ecc（dececc）的存储控制器tmc。
图5.bist和控制器，用于在测试和实施dececc期间进行自修复和自调节。
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图6.智能写操作算法，显示动态组写和带写验证的多脉冲写。
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